AGUS EKO SETIAWAN G1C011006 PROGRAM STUDI TEKNIK …repository.unib.ac.id/17483/2/TEKNIK.pdf · “...

SKRIPSI

“ STUDI EKSPERIMENTAL TENTANG EFEK BLOCKAGE

RATIO TERHADAP KARAKTERISTIK ALIRAN FLUIDA

MELINTASI BALOK”

Di Ajuka Untuk Memenuhi Persyaratan Dalam Menyelesaikan

Pendidikan Tingkat Sarjana (S1) Pada Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Bengkulu

Oleh :

AGUS EKO SETIAWAN

G1C011006

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS BENGKULU

2018

1 KATA PENGANTAR

ماهللالرحمنالرحيمـــــبس

Segala puji bagi Allah SWT, yang mana telah memberikan rahmat dan

hidayah-Nya sehinga penulis dapat meyelesaikan dan menyusun laporan

skripsi ini dengan judul “STUDI EKSPERIMENTAL TENTANG

EFEK BLOCKAGE RATIO TERHADAP KARAKTARISTIK

ALIRAN FLUIDA MELINTASI BALOK”. Adapun maksud

penyusunan skripsi ini adalah untuk memenuhi persyaratan kurikulum

untuk mendapatkan gelar sarjana teknik pada Fakultas Teknik Jurusan

Teknik Mesin Universitas Bengkulu.

Dalam menyelesaikan skripsi ini penulis telah melibatkan banyak

pihak, untuk itu dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih

kepada :

1. Bapak Helmizar S.T., M.T., Ph. D. sebagai Dosen Pembimbing

Akademik dan Pembimbing Utama yang telah memberikan ide,

pengarahan dan bimbingan serta motivasi kepada penulis.

2. Bapak Nurul Iman Supardi, S.T., M.P. selaku Dosen Pembimbing

Pendamping yang telah memberikan pengarahan dan bimbingan kepada

penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan.

3. Bapak Hendri Van Hoten S.T., M.T. selaku Dosen Ketua Penguji.

4. Bapak Ahmad Fauzan Suryono, S.T., M.T. Selaku Dosen Penguji

Pendamping.

5. Bapak Dr. Eng Dedi Suryadi, S.T., M.T. selaku ketua Program studi

Teknik Mesin Universitas Bengkulu.

6. Seluruh Dosen di program Studi Teknik Mesin Universitas Bengkulu.

7. Seluruh staf pengajar, asisten pengajar dan karyawan Fakultas Teknik

Universitas Bengkulu.

8. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2011 dan yang sering berkumpul

dan berdiskusi di Lab.

9. Teman-teman seperjuangan mahasiswa Teknik Mesin Universitas

Bengkulu.

10. Semua pihak yang telah memberikan bantuan dan informasi.

Penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Selain itu penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari

sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran

sebagai masukan untuk penyempurnaan penulisan ini di masa

mendatang.

Semoga ALLAH SWT melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya

kepada kita semua, sehingga semua yang kita kerjakan akan menjadi

amal ibadah disisi-Nya, Amin Ya Robbal'alamin.

Bengkulu, November

2018

Penulis

vii

2 DAFTAR ISI

Halamam Judul………………………………………………………………i

Halaman Pengesahan………………………………………………………...ii

Halaman Soal Tugas Akhir………………………………………………….iii

Halaman Peryataan………………………………………………………….iv

Motto Dan Persembahan……………………………………………………..v

Kata Pengantar ………………………………………………………...……vi

Daftar Isi………………………………………………………………...…..vii

Daftar Gambar…………………………………………………………...…..ix

Daftar Tabel……………………………………………………………….…xi

Abstrak............................................................................................................xii

BAB I .............................................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 3

1.2 Tujuan ....................................................................................................... 4

1.3 Manfaat ..................................................................................................... 4

1.4 Batasan Masalah ....................................................................................... 4

1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................... 4

BAB II ............................................................................................................. 6

2.1 Teori dasar ................................................................................................ 6

2.1.1 Fluida ................................................................................................ 6

2.1.2 Aliran viscous dan non viscous ......................................................... 9

2.1.3 Konsep Boundary Layer ................................................................. 10

2.2 Mekanisme Separasi dan Terbentuknya Wake ....................................... 11

2.3 Penelitian Terdahulu ............................................................................... 13

BAB III ......................................................................................................... 16

3.1 Diagram Alir Penelitian .......................................................................... 16

3.2 Prosedur Pengambilan Data ................................................................... 17

viii

3.3 Peralatan Penelitian ................................................................................ 18

3.4 Langkah Kerja Pengambilan Data .......................................................... 21

3.5 Visualisasi aliran .................................................................................... 22

BAB IV ......................................................................................................... 23

4.1 Hasil ........................................................................................................ 23

4.2 Pembahasan ............................................................................................ 24

4.2.1 Grafik hubungan antara Uym/U0 terhadap y/h .................................. 24

4.2.2 Koefisien Tekanan (Cpw) pada Dinding Wind Tunnel .................. 30

BAB V ........................................................................................................... 35

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 35

5.2 Saran ....................................................................................................... 35

Daftar Pustaka ............................................................................................... 36

LAMPIRAN

ix

DAFTAR GAMBAR Halaman

Gambar 2.1 (A) Aliran Di Dalam Pipa, (B) Diantara Dua Plat Datar (C) Aliran

Di Uar Pipa .................................................................................... 6

Gambar 2.2 Aliran Melintasi Silinder Sirkular .................................................. 8

Gambar 2.3 Struktur Boundary Layer ................................................................ 8

Gambar 2.4 Separasi Aliran Silinder .................................................................. 9

Gambar 2.5 Mekanisme Terjadinya Separasi Pada Aliran Melintasi Silinder . 10

Gambar 2.6 Semua Visualisasi Pada Re 4000 (A) Posisi Vertical Silinder

Teriris (B) Posisi Horizontal Silinder Teriris (C) Balok .............. 12

Gambar 2.7 Distribusi Tekanan Pada Permukaan Pelat Datar ......................... 13

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................................ 14

Gambar 3.2 Posisi Model Uji Di Terowongan Angina (Tampak Samping) .... 15

Gambar 3.3 Wind Tunnel ................................................................................. 16

Gambar 3.4 Model Uji ...................................................................................... 17

Gambar 3.5 Pipa Pitot....................................................................................... 18

Gambar 3.6 Monometer.................................................................................... 19

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Uym/U0 Dengan y/h Untuk Blockage Ratio 5%

Dan 12,5% Pada Re = 22000 ........................................................ 23


Dan 12,5% Pada Re = 28000 ....................................................... 23


Dan 12,5% Pada Re = 34000 ....................................................... 24

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Uym/U0 Dengan y/h Untuk Blockage Ratio 20%,

27,5% Dan 35% Pada Re = 90000 ................................................ 25


27,5% Dan 35% Pada Re = 130000 .............................................. 27


27,5% Dan 35% Pada Re = 170000 .............................................. 27

Gambar 4.7 Grafik Hubungan Cpw Vs x/D Untuk Balok d/D =5% Dan d/D

=12,5% Pada Re =22000 .............................................................. 29


=12,5% Pada Re =28000 .............................................................. 29


=12,5% Pada Re =34000 .............................................................. 30

Gambar 4.10 Grafik Hubungan Cpw Vs x/D Untuk Balok d/D =20%, 27,5%

Dan d/D =35% Pada Re =90000 ................................................... 30


Dan d/D =35% Pada Re =130000 ................................................. 31


Dan d/D =35% Pada Re =170000 ................................................. 31

x

DAFTAR GRAFIK Halaman

Grafik 4.1 Distribusi Koefisien Tekanan (Cp) Upstream Silinder Sirkular . 46

Grafik 4.2 Distribusi Koefisien Tekanan (Cp) Downstream Silinder Sirkular

...................................................................................................... 48

Grafik 4.3 Distribusi Koefisien Tekanan (Cp) Upstream Silinder Elips ...... 49

Grafik 4.4 Distribusi Koefisien Tekanan (Cp) Downstream Silinder Elips . 52

Grafik 4.5 Distribusi Koefisien Tekanan Sepanjang Permukaan Dinding

Datar (Flat Wall) Model Uji Silinder Sirkular ............................. 54

Grafik 4.6 Distribusi Koefisien Tekanan Sepanjang Permukaan Dinding

Datar (Flat Wall) Model Uji Silinder Elips .................................. 56

Grafik 4.7 Perbandingan Nilai Gaya Drag (FD) Silinder ............................... 57

1

ABSTRAK

Experimental using a wind tunnel usualy ignores the geometry of

the specimen to be tested. Placement of a test model that is too large

potentially cause to interactions between test models and test section

walls. This interaction will cause a blockage effect, this thing will cause

data errors from the experiment.

Research about blockage effect on the characteristics of fluid flow

across the cylinder [1] stated that at d / D less than 9.09% relative

significant blockage effects were not found. Wind tunnel testing not only

uses cylindrical specimens, this is shown in the study of flow across

cylindrical sliced objects and beams [2].

The purpose of this study was to find the d / D value for the beam-

shaped test model that was feasible to enter in the wind tunnel without

being affected by significant wall effects. The research method was done

by placing a beam test model and varying the size d / D = 5%, 12.5%,

20%, 27.5% and 30%. By using flow parameters, that is velocity and

fluid pressure on variations of d / D, the maximum ratio between the

diameter of the test model and the diameter of the wind tunnel will be

obtained. In addition to varying the value of d / D, Reynolds number also

was varied.

The results show that at d / D below 12.5% there is no interaction

between wind tunnel wall and model from the wind tunnel wall, while

the d / D above 20% blockage effect was identified.

Keywords: Wind Tunnel, Velocity, Pressure, Blockage Effect, Beam

2

ABSTRAK

Pengujian menggunakan wind tunnel sering kali mengabaikan

ukuran dari spesimen yang akan di uji. Penempatan model uji yang

terlalu besar dapat berpotensi menimbulkan interaksi antara model uji

dengan dinding test section. Interaksi ini akan menimbulkan blockage

effect, dimana tentu saja hal ini akan menimbulkan kesalahan data dari

experiment.

Penelitian tentang blockage effect terhadap karateristik aliran

fluida melintasi silinder[1] menyatakan bahwa pada nilai d/D kurang dari

9,09% relatif belum di temukan blockage effect yang siknifikan. Dimana

d adalah ukuran diameter dari spesimen uji dan D adalah ukuran dari

diameter test section. Pengujian pada wind tunnel tidak hanya

menggunakan spesimen berbentuk silinder, ini di tunjukan pada

penelitian tentang aliran yang melintasi objek silinder teriris dan

balok[2].

Tujuan dari penelitian ini adalah menemukan nilai d/D untuk

model uji berbentuk balok yang layak di masukkan dalam wind tunnel

tanpa di pengaruhi oleh effek dinding yang siknifikan. Metode penelitian

di lakukan dengan meletakkan model uji balok dan memvariasikan

ukuran d/D = 5%, 12.5%, 20%, 27.5% dan 30%. Dengan menggunakan

parameter aliran yaitu kecepatan dan tekanan fluida terhadap variasi d/D

maka akan di dapat rasio maksimum antara diameter model uji dan

diameter wind tunnel. Pada penelitian ini selain memvariasikan nilai d/D

juga memvariasikan bilangan Reynolds.

Hasil penelitian ini menunjukan pada d/D di bawah 12.5% belum

adanya pengaruh dari dinding wind tunnel, sedangkan d/D di atas 20%

sudah di temukan adanya pengaruh dari dinding wind tunnel.

Kata kunci: Wind Tunnel, Kecepatan, Tekanan, Efek Dinding, Balok.

3

1 BAB I

PENDAHULUAN

2.1 Latar Belakang

Pada pengujian menggunakan wind tunnel penting untuk meletakkan

spesimen uji pada daerah freestream atau daerah yang tidak di pengaruhi oleh

dinding test section. Penempatan model uji yang terlalu besar dapat berpotensi

menimbulkan interaksi antara model uji dengan dinding test section. Interaksi ini

akan menimbulkan blockage effect, dimana tentu saja hal ini akan menimbulkan

kesalahan data dari experiment. Rasio antara diameter model uji dengan ukuran

diameter test section di sebut sebagai blockage ratio.

Interaksi yang terjadi jika ukuran model uji terlalu besar adalah

penyempitan streamtube di celah model uji dan dinding wind tunnel yang

mengakibatkan percepatan aliran fluida, hal ini juga bisa mengakibatkan

perubahan tekanan di daerah dinding wind tunnel dan disekitar permukaan model

uji.

Penelitian tentang effect blockage ratio terhadap karateristik aliran fluida

melintasi silinder [1] menyatakan bahwa pada nilai blockage ratio kurang dari

9,09% relatif belum di temukan blockage effect yang signifikan. Hal ini di

tunjukan dengan tidak adanya penundaan separasi di permukaan silinder,

distribusi nilai koefisien tekanan pada dinding yang relatif tidak berubah, dan

tidak adanya percepatan pada aliran di celah antara silinder dan dinding.

Pengujian pada wind tunnel tidak hanya menggunakan spesimen berbentuk

silinder, ini di tunjukan pada penelitian tentang aliran yang melintasi objek

silinder teriris dan balok [2] oleh karena itu di rasa perlu juga untuk mengetahui

blockage effect pada kasus model uji berbentuk balok, agar bisa mengetahui nilai

d/D yang mengalami blockage effeck dengan parameter aliran yaitu kecepatan

aliran dan tekanan yang terjadi di dinding test section.

4

2.2 Tujuan

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mendapatkan nilai koefisien tekanan pada dinding wind tunnel

menggunakan model uji berbentuk balok dengan dimensi d/D dengan

bilangan Reynolds tertentu.

2. Mendapatkan nilai kecepatan di celah antara model uji dan dinding wind

tunnel untuk bilangan Reynolds tertentu.

3. Grafik hubungan nilai koefisien tekanan dengan jarak pemasangan

presure tap pada dinding wind tunnel (X/D).

4. Grafik hubungan nilai perbandingan distribusi kecepatan di celah antar

diding wind tunnel dan model uji dengan kecepatan freestream (Uym/U0)

pada setiap jarak pemasangan pipa pitot (y/h).

2.3 Manfaat

Manfaat dilakukan penelitian ini adalah mengetahui pada dimensi d/D

model uji dengan bentuk balok mengalami blockage effek, dengan di perjelas oleh

visualisasi aliran.

2.4 Batasan Masalah

Batasan masalah dari penelitian ini adalah :

1. Penelitian di lakukan pada d/D 5%, 12,5%, 20%, 27,5%, 35%.

2. Efek kompresibilitas di abaikan.

3. Analisa di lakukan pada spesimen berbentuk balok.

4. Efek kekasaran pada model uji di abaikan.

5. Terjadinya Perpindahan panas di abaikan.

2.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dibagi dalam beberapa bab sebagai berikut:

1. Bab I Pendahuluan

Bab ini berisi tentang latar belakang dari penelitian ini, perumusan

masalah, tujuan penelitian dan batasan masalah dari penelitian, serta

manfaat dari penelitian yang dilakukan.

2. Bab II Tinjauan Pustaka

5

Bab ini berisi tentang dasar teori dan penelitian terkait yang sudah ada.

Dasar teori berisi semua hal yang menunjang dalam penganalisaan hasil

penelitian. Sedangkan penelitian terkait yang sudah ada berisi tentang

penelitian-penelitian sebelumnya yang ada korelasinya dengan penelitian

ini, yang juga menjadi penunjang dalam analisa data.

3. Bab III Metodologi Penelitian

Bab ini menerangkan tentang peralatan eksperimen yang melipsuti

terowongan angin, alat ukur (manometer, pipa pitot ), benda uji, dan

metode penelitian yang digunakan.

4. Bab IV Analisa dan Pembahasan Hasil Eksperimental

Bab ini berisi tentang hasil-hasil eksperimen dan pengolahan dari data-

data yang diperoleh, kemudian dianalisa.

5. Bab V Penutup

Bab penutup ini terdiri dari kesimpulan hasil eksperimen dan saran.

6

3 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

3.1 Teori dasar

3.1.1 Fluida

Fluida merupakan zat yang dapat berubah bentuk secara terus – menerus

jika terkena tegangan geser meskipun tegangan geser itu kecil [3]. Fluida

memiliki jenis gas dan cair, Ada pun hukum – hukum yang mempelajari tentang

fluida adalah hukum termodinamika, kekekalan massa, dan hukum newton. Aliran

yang terdapat dalam fluida di bedakan menjadi dua yaitu aliran viscous dan non

viscous.

a). Density (rapat jenis)

Density suatu zat merupakan ukuran untuk mengetahui kerapatan suatu zat

fluida dan di nyatakan dalam massa persatuan volume. Persamaan untuk mencari

density adalah sebagai berikut:

𝜌 =𝑚

𝑣 ..........(2.1)

Dimana:

m = massa fluida (kg)

v = volume fluida (𝑚3)

Dalam melakukan suatu experimental untuk mencari massa jenis fluida di

gunakan persamaan :

𝜌𝑢 =𝜌𝑠𝑡𝑑.𝑇𝑠𝑡𝑑.𝑃

𝑇𝑟.𝑃𝑠𝑡𝑑 ..........(2.2)

Dimana:

𝜌𝑢 = massa jenis udara (kg/𝑚3)

𝜌𝑠𝑡𝑑 = massa jenis udara standar (kg/𝑚3)

𝑇𝑠𝑡𝑑 = temperatur udara standar (K)

P = tekanan (Pa)

𝑇𝑟 = temperatur ruangan kerja (K)

𝑃𝑠𝑡𝑑 = tekanan standar (Pa)

7

b). Viscositas

Besar dan kecilnya gesekan internal dari fluida di sebut viscositas.

Persamaan yang bisa di pakai untuk menghitung tegangan geser dan viscositas

fluida adalah hukum viscositas newton

𝜏𝑦𝑥 = 𝜇𝑑𝑢

𝑑𝑦 ..........(2.3)

Dimana :

𝜏𝑦𝑥= Tegangan geser (N/𝑚2)

𝜇 = Viscositas absolut fluida (N. s/𝑚2)

𝑑𝑢

𝑑𝑦 = Gradien kecepatan (𝑚2/𝑠)

Semakin besar viscositas suatu fluida maka semakin besar tegangan

gesernya jadi fluida tersebut menjadi kental dan lamban untuk bergerak.

c). Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds merupakan parameter yang di gunakan sebagai nilai

patokan dalam menentukan aliran laminar dan turbulen dari fluida. Di dalam

aplikasinya bilangan Reynolds dapat di tentukan dengan persamaan sebagai

berikut

Re = 𝜌𝐷𝑣

𝜇 ..........(2.4)

Dimana :

Re = bilangan Reynolds

𝜌 = densitas fluida (kg/𝑚3)

D = diameter / panjang permukaan (m)

𝑣 = kecepatan (m/s)

𝜇 = viscositas dinamik (kg/m.s)

Bilangan Reynolds mempunyai 2 variasi dalam aplikasi aliran melintasi

silinder dan bidang datar. Adapun 2 variasi tersebut adalah Daerah bilangan

Reynolds untuk jenis aliran pada internal incompresible viscous flow:

8

Re = < 2300, Laminar

Re = 2300, Transisi

Re = >2300, Turbulen

(a)

Re = < 1400, Laminar

Re = 1400, Transisi h

Re = >1400, Turbulen

(b)

Untuk jenis aliran pada external daerah bilangan Reynolds:

Re = < 105, Laminar

Re = 105, Transisi

Re = >105, Turbulen

(c)

Gambar 2.1 (a) aliran di dalam pipa, (b) diantara dua plat datar, (c)

aliran di luar pipa[4]

d). Koefisien Tekanan

Koefisien tekanan (Cp) adalah selisih tekanan lokal dengan tekanan aliran

bebas dibagi dengan tekanan dinamis, persamaan umum untuk mencari Cp adalah

sebagai berikut :

𝐶𝑝 =𝑃𝑐−𝑃∞1

2.𝜌.𝑈∞2

..........(2.5)

𝑃𝑐 = 𝜌. 𝑔. ∆ℎ … … … (2.6)

Dimna : Pc = Tekanan statis pada kontur lokal

𝑃∞ = Tekanan statis aliran bebas

1

2. 𝜌. 𝑈∞2 = Tekanan dinamis aliran bebas

𝜌 = density fluida (kg/m3)

g = grafitasi (m/s2)

e). Kecepatan

Pengukuran kecepatan merupakan satu fasa yang penting dalam

pengukuran aliran, karena penentuan kecepatan di sejumlah titik pada suatu

D

9

penampang memungkinkan penentuan besarnya debit. Kecepatan dapat diperoleh

dengan mengukur waktu yang diperlukan suatu partikel yang dapat dikenali untuk

bergerak sepanjang suatu jarak yang diketahui. Teknik ini telah dikembangkan

guna mempelajari aliran didalam daerah yang begitu kecil sehingga aliran

normalnya akan sangat terganggu dan barang kali lenyap seandainya disisipkan

instrumen untuk mengukur kecepatan.

Pipa pitot dipakai untuk mengukur kecepatan aliran fluida dalam pipa.

Pipa pitot tidak mengukur kecepatan secara langsung. Tetapi menghasilkan suatu

besaran yang dapat diukur dan yang dapat dihubungkan dengan kecepatan

Biasanya pipa ini dipakai untuk mengukur laju fluida berbentuk gas.

Persamaan untuk mencari kecepatan pada pipa pitot adalah sebagai

berikut:

𝑉 = √2 (𝑃1 − 𝑃2)

𝜌 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (2.7)

karena P adalah tekanan dan V adalah kecepatan fluida serta P2= P3 adalah

tekanan statik (Ps), P1= P4 adalah tekanan stagnasi (P0), V2 adalah kecepatan

stagnasi (V0). V0 mempunyai kecepatan 0. Sehingga persamaan menjadi:

𝑉 = √2 (𝑃0 − 𝑃𝑠)

𝜌 … … … … … … … … … … … . . … … … … … … … (2.8)

dimana:

v = Kecepatan Fluida (m/s)

P = Tekanan (Pa)

ρ = density (kg/m3)

3.1.2 Aliran Viscous Dan Non Viscous

Aliran viscous adalah aliran dimana viscositasnya tidak di abaikan dan

berada di dalam boundary layer sedangkan non viscous adalah dimana

viscositasnya di abaikan dan berada di luar buondary layer. Fluida yang tidak di

pengaruhi oleh tegangan geser dimana viscositasnya di anggap tidak ada aliran

tersebut juga dapat di sebut dengan aliran inviscid. Perbedaan dari dua aliran

tersebut dapat di lihat pada gambar 2.2.

10

(a) Viscos flow (b) inviscid flow

Gambar 2.2 Aliran Melintasi Silinder sirkular [4]

3.1.3 Konsep Boundary Layer

Boundary layer adalah lapisan tipis pada solid surface yang terbatas

daerah sangat sempit dekat permukaan kontur dimana adanya gradien kecepatan

sebagai pengaruh dari tegangan geser yang muncul akibat adanya viscositas.

Gambar 2.3 Struktur Boundary Layer [4]

Perhatikan gambar 2.3 pada awalnya fluida mengalir dengan kecepatan

sama saat melewati pelat tipis kecepatan fluida mengalami perubahan. Perubahan

ini di pengaruhi oleh adanya tengangan geser antara fluida dengan permukaan

padat tersebut, hal ini menyebabkan lapisan batas (boundary layer). Akibat

terjadinya tegangan geser yang terus menerus sepanjang benda membuat garis

lapisan batas semakin tebal. Semakin lama kecepatan di daerah boundary layer

dan di luar boundary layer akan bergabung sehingga sangat sulit untuk mengukur

tebal lapisan batas (boundary layer). Tebal lapisan batas pada awal ujung plat

(leading edge) masih tipis, kemudian partikel – partikel bergerak secara berlapis –

11

lapis dan lapisan batas yang terjadi merupakan laminar boundary layer.

Selanjutnya fluida bergerak menjauhi ujung plat, lapisan batas semakin tebal dan

aliran akan berubah mendekati turbulen. Semakin jauh dari ujung plat aliran

fluida menjadi tidak stabil dan terjadi pergolakan antar partikel fluida

mengakibatkan aliran berubah menjadi turbulent buondary layer.

3.2 Mekanisme Separasi dan Terbentuknya Wake

Sebuah silinder yang diletakkan bebas jika dialiri aliran akan mempunyai

streamline yang simetri di bagian upper dan lower, tetapi bila tekanan berubah

dengan bertambahnya jarak maka akan mampengaruhi lapisan batas. Fenomena

yang terjadi pada Gambar 2.4 memperlihatkan antara aliran searah profil

kecepatan aliran, penyebab streamline terpisah dari dinding. Fenomena ini disebut

sebagai separasi. Sedangkan titik separasi merupakan titik terpisahnya aliran

karena terjadi perubahan tekanan mendadak.

Gambar 2.4 Separasi Aliran Disekitar Silinder [3]

Bila aliran fluida melintasi p

ada sebuah kontur silinder seperti pada Gambar 2.5, maka aliran fluida

akan dipercepat hingga kecepatan maksimum dan tekanan minimumnya pada titik

C. Fluida dari titik A sampai C mengalami percepatan tetapi gradien tekanannya

negatif

0

p. Daerah A sampai C sering disebut sebagai daerah favorable

pressure gradient. Setelah melewati titik C, fluida mengalami peningkatan

tekanan atau gradien tekanannya bernilai positif

0

p yang disebut adverse

pressure gradient dan hal ini menyebabkan partikel fluida di dalam boundary

layer menjadi diperlambat.

12

Gambar 2.5 Mekanisme Terjadinya Separasi Pada Aliran Melewati Silinder[8]

Gaya tekan dan gaya geser pada elemen bawah melawan arah aliran.

Perbedaan tekanan dan gaya geser ini mengakibatkan momentum pada aliran yang

diatasnya lebih besar dan sangat berpengaruh terhadap fluida yang terletak dekat

dengan permukaan. Ketika momentum partikel fluida berkurang terus oleh gaya

tekan dan gaya geser maka aliran fluida dipermukaan diperlambat hingga diam

sehingga sampai pada titik D, gradient kecepatan menjadi nol

00y

y

u.

Secara umum, pengaruh adverse pressure gradient adalah bersamaan dengan

pengurangan kecepatan.

Lebih jauh lagi yaitu di titik E terjadi adverse pressure gradient yang cukup besar

sehingga aliran didekat permukaan telah benar–benar berbalik dan fluida sudah

tidak mampu mengikuti kontur dari permukaan dan menjauhinya. Titik dimana

terjadi peristiwa pemisahan aliran dari permukaan kontur

00y

y

u disebut

titik separasi. Hal ini terjadi karena momentum aliran tidak mampu mengatasi

adverse pressure gradient dan tegangan geser.

Reynolds number juga mempunyai pengaruh yang besar sebagai penyebab

terjadinya separasi. Semakin besar Reynolds number maka momentum yang

dimiliki fluida juga makin besar dan aliran semakin cepat menjadi turbulen, maka

boundary layer pun berkembang semakin cepat dan lebih mampu untuk bertahan

terhadap adverse pressure gradient, sehingga terjadinya titik separasi bisa

tertunda. Parameter lain yang mempengaruhi separasi diantaranya kekasaran

permukaan dan stabilitas freestream. Jika separasi terjadi, maka akan terbentuk

13

daerah di belakang body (secara umum) yang tidak tersentuh oleh aliran yang

dinamakan wake. Adanya energi yang tidak teratur dari gerakan turbulen yang

tinggi dan tekanan rendah di dalam wake akan menyebabkan pressure drag pada

body. Lebar dari wake sangat tergantung pada posisi titik separasi. Pada aliran

yang turbulen, boundary layer lebih mampu untuk bertahan terhadap adverse

pressure gradient, sehingga titik separasi terletak lebih ke belakang body,

sehingga wake yang terbentuk lebih sempit.

3.3 Penelitian Terdahulu

Pada penelitian tentang studi experimental tentang efek blockage ratio

terhadap karakteristik aliran fluida melintasi silinder [1], mendapatkan hasil

experimen dan visualisasi pada nilai blockage ratio yang kurang dari 9,09 %

relatif belum ditemukan blockage effect yang signifikan. Hal ini ditunjukkan

dengan tidak adanya penundaan separasi di permukaan silinder, distribusi nilai

Cpw pada dinding yang relatif tidak berubah, dan tidak adanya percepatan pada

aliran di celah antara silinder dan dinding. Pada nilai blockage ratio yang lebih

dari 21,21% sudah ditemukan blockage effect yang signifikan. Hal ini dibuktikan

dengan adanya penundaan separasi di permukaan silinder, distribusi nilai Cpw

pada dinding yang membentuk pola daerah favorable pressure gradient dan

adverse pressure gradient, dan adanya percepatan pada aliran di celah antara

silinder dan dinding.

Pada penelitian karakteristik aliran udara melintasi balok pada bilangan

Reynold 4000,4800, dan 5400 dengan visualisasi menggunakan uap ethylene

glycol [5], menjelaskan bahwa balok memiliki gaya hambat aliran yang lebih

besar di banding dengan silinder. Dapat di lihat dari gambar 2.6

Terlihat pada gambar (a) pada wilayah 4 terjadi pola pertumbuhan lapisan

batas yang mengakibatkan timbulnya gejolak aliran (wake) yang lebih besar dan

terjadi separasi yang lebih awal. Hal itu mengakibatkan lebih besarnya

pertumbuhan lapisan batas pada wilayah 3 yang mendekati wilayah dua,

sedangkan pada gambar (b) gejolak aliran terbentuk di wilayah 4 namun tidak

terlalu besar dan separasi tertunda yang terjadi pada wilayah 2 mendekati wilayah

1, pada gambar (c) hampir menyerupai gambar (a) namun pada balok gejola aliran

14

lebih besar pada wilayah 4 dan terjadi separasi lebih awal pada wilayah 3

mendekati wilayah 2.

Gambar 2.6 Semua Visualisasi Pada Re 4000 (a) Posisi Vertikal Silinder

Teriris, (b) Posisi Horizontal Silinder Teriris (c) Balok (tanda panah berwarna

hitam menunjukkan arah aliran fluida) [5]

Pada penelitian Studi Numerik Karakteristik Aliran Sekitar I-Type

Cylinder 53o Dekat Dinding [6] menyatakan bahwa karakteristik aliran di sekitar

silinder tipe I dengan sudut potong 53o (I-53o) yang terletak di dekat dinding

diselidiki secara numerik, untuk rasio gap dengan diameter bervariasi dari G / D =

0, 0,1, 0,2, 0,3 pada bilangan Reynolds Re = 5,4 x 104. Dapat dicatat bahwa

pemasangan I-53o dinding untuk rasio gap G / D = 0,1, 0,2, 0,3 mengamati adanya

pemisahan bubble di bagian bawah sisi silinder I-53o. Pada celah ini, arusnya

15

tidak simetris pada permukaan bawah dan atas I-53o silinder. Itu karena efek

penyumbatan di bagian sempit celah antara silinder I-53o dan dinding.

Choi dan Lee [7] pada penelitiannya tentang distribusi tekanan pada

permukaan silinder dan pada permukaan dinding test section untuk silinder (AR =

1) serta elips (AR = 2)sebagai fungsi dari perubahan gap ratio. Dari hasil

penelitian tersebut membuktikan bahwa distribusi tekanan berhubungan erat

dengan perubahan gap ratio.

Gambar 2.7 Distribusi tekanan pada permukaan pelat datar [7]

Distribusi tekanan pada plat surface ditunjukkan pada gambar 2.7 sebagai

fungsi dari gap ratio. Dari gambar tampak bahwa pada saat G/B = 2 aliran dari

upstream dipercepat dan kecepatan aliran maksimum dicapai kira-kira pada

daerah X/B = 0, ditandai dengan nilai tekanan paling rendah. kemudian dengan

semakin membesarnya gap ratio, tampak aliran diperlambat ketika mendekati

daerah X/B = 0, untuk kemudian dipercepat dan mencapai maksimum ketika

melalui daerah sempit yaitu daerah X/B = 0. pada saat G/B = 0, laju aliran dari

upstream dihambat, hingga kira-kira pada saat X/B = 0, tidak ada aliran yang

melalui celah, karena aliran diblok oleh silinder

16

4 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

4.1 Diagram Alir Penelitian

Pada Bab ini membahas tentang langkah – langkah dalam pengujian

distribusi tekanan dan kecepatan pada balok menggunakan alat uji wind tunnel.

penelitian ini di lakukan di laboratorium konversi energi, Fakultas Teknik

Universitas Bengkulu. Langkah – langkah dalam pengujian ini dapat di lihat pada

Gambar 3.1 sebagai berikut :

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

Mulai

Pengambilan data di wind

tunnel

A

Analisa Data Eksperimental

Output :

Distribusi Tekanan Di

Dinding Dan Kecepatan

Aliran Di Celah Model Uji

Dengan Test Section

kesimpulan

Selesai

Peletakan Model Uji pada

test section wind tunnel

Tinjaun Pustaka

Persiapan Model Uji

17

4.2 Prosedur Pengambilan Data

Proses pengambilan data pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengukur tekanan stagnasi dan tekanan statis di tengah terowongan angin

menggunakan pitot static tube. Proses ini di lakukuan untuk mendapatkan

nilai tekanan dinamis di bagian tengah terowongan angin, dari data tersebut

maka akan di dapatkan distribusi kecepatan freestream fluida.

2. Mengukur kecepatan di celah antara balok dan dinding terowongan angin.

Pengukuran ini di lakukan dengan menggunakan pipa pitot yang di gerakkan

menggunakan mikrometer mulai dari dinding terowongan angin hingga

mendekati balok.

3. Mengukur tekanan statis pada dinding wind tunnel untuk mengetahui

distribusi tekanan pada dinding test section dari posisi upstream sampai

downstream dengan jarak tap sebesar 75mm.

Gambar 3.2 Posisi Model Uji di Terowongan Angin (Tampak samping)

Keterangan : Uo = aliran freestream fluida

h =jarak dari tengah model uji ke dinding wind tunnel

Uym =kecepatan aliran di celah model uji dan dinding

wind tunnel

D = diameter wind tunnel

d = diameter model uji

18

4.3 Peralatan Penelitian

1. Terowongan Angin

Dalam penelitian ini alat utama dalam pengambilan data yang di pakai adalah

terowongan angin ( wind tunnel ) jenis open loop. Spesifikasi wind tunnel yang di

pakai sebagai berikut :

Gambar 3.3 wind tunnel

Spesifikasi wind tunnel :

Jenis : open loop

Model :OCTW – 400

Cross Section : 400 mm x 400 mm

Power : 5.5 HP

Voltage :380 Volt

Frekuensi :50 Hz

Arus listrik : 9.4 Ampere

Adapun keuntungan dan kerugian menggunakan wind tunnel jenis open loop

adalah :

Keuntungan :

• Biaya kontruksi rendah.

• Tidak ada masalah bila ingin menjalankan motor pembakaran dalam atau

melakukan banyak visualisasi aliran jika inlet dan outlet keduanya

terbuka ke atmosfer.

19

Kerugian :

• Jika diletakkan didalam ruangan, berdasar pada ukuran terowongan

terhadap ukuran ruang, bisa jadi di butuhkan penyaringan tambahan pada

inlet untuk mendapatkan aliran bertambah tinggi. Dengan cara yang sama

inlet/outlet terbuka ke atmosfer, yang mana angin dan cuaca dingin dapat

mempengaruhi operasi.

• Untuk ukuran tertentu dan kecepatan tertentu diperlukan lebih banyak

energi untuk menjalankannya. Ini hanya sebuah factor jika digunakan

untuk pengembangan dimana laju penggunaan tinggi.

• Secara umum, berisik.

2. Model Uji

Model uji yang di gunakan dalam penelitian ini berbentuk balok dengan

ukuran perbandingan antara diameter test section dan diameter spesimen yang di

uji. Spesifikasi spesimen uji adalah sebagai berikut :

Gambar 3.4 Model uji

Spesifikasi Model Uji

Panjang : 400 mm

Variasi ukuran balok (d/D) : 5%, 12,5%, 20%, 27,5%,

35%.

20

3. Alat Ukur

Pengukuran tekanan dan kecepatan di dalam wind tunnel saat pengujian di

pakai alat ukur yaitu pipa pitot, pressure tap dan multi manometer.

i) Pitot static tube

Pada pengujian ini pitot static tube yang digunakan berdiameter luar 3 mm.

Pitot static tube berfungsi untuk mengukur besarnya tekanan statis sekaligus

tekanan stagnasi pada upsteam, dengan menggunakan persamaan Bernoulli. Alat

ini juga di gunakan untuk mengukur profil kecepatan di celah antara model uji

dan dinding wind tunnel. Gambar pitot static tube bisa di lihat pada Gambar 3.3

di bawah ini:

Gambar 3.5 Pipa pitot

ii) Presure tap

Presure tap ini di pasang pada dinding wind tunnel untuk mengetahui

koefisien pressure Cp pada dinding wind tunnel. Dalam kerjanya pressure tap di

hubungkan dengan manometer pipa yang berfungsi untuk mengukur tekanan statis

di sepanjang dinding wind tunnel dan model uji.

iii) Multi mano meter

Multi manometer yang di gunakan memiliki 22 lubang dan kemiringan

manometer dapat di sesuaikan agar dalam pembacaan manometer bisa lebih baik.

21

Gambar 3.6 Manometer

4.4 Langkah Kerja Pengambilan Data

Prosedur pengujian dalam pengambilan data adalah sebagai berikut

1. Persiapan alat dalam pengujian.

2. Pemasangan spesimen uji pada test section.

3. Penyiapan alat ukur yang di gunakan setting manometer.

4. Pengecekan kesejajaran model uji pada wind tunnel menggunakan water pas.

5. Mengerakkan kipas test section dan mengatur kecepatan freestream pada

posisi V sesuai dengan bilangan Reynolds yang di inginkan secara berlahan

sampai kondisi steady.

6. Pengambialan data tekanan ststis freestream dengan membaca posisi skala

manometer.

7. Pengambialan data tekanan dinamis pada celah antara balok dan dinding wind

tunnel, untuk mengetahui profil kecepatan sepanjang sumbu y.

8. Pengambialan data tekanan statis sepanjang didinding wind tunnel

menggunakan pressure tap yang di hubungkan dengan manometer.

9. Mengulangi langkah 6 – 10 dengan mengubah variabel kecepatan sesuai

dengan bilangan Reynolds yang diinginkan.

10. Mematikan kipas angin wind tunnel dan mengganti benda uji. Masing –

masing benda uji ( 5 balok ) menggunakan 3 variasi jenis bilangan Reynolds,

ulangi prosedur 3 – 10.

22

4.5 Visualisasi aliran

Visualisasi aliran menggunakan asap/uap dari pemanasan ethylen glycol.

Visualisasi aliran di lakukan dengan memesukan asap ke dalam intake wind tunnel

dari fog machine sampai asap dalam keadaan steady selama lebih kurang 5 menit,

kemudian data visualisasi di ambil dengan menggunakan kamera beresolusi

tinggi.

23

5 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1 Hasil

Penelitian ini di lakukan di laboraturium Konversi Energi Fakultas Teknik

Mesin, Universitas Bengkulu. Dalam melakukan penelitian fluida kerja yang di

gunakan adalah udara dengan spesifikasi sebagai berikut :

Aliran fluida di asumsikan dlam keadaan steady dan incompressible

Massa jenis fluida (ρ) : 1.1635kg/m3

Suhu ruangan saat pengambilan data diansumsikan konstan (T) :300C =

303 K

Massa jenis udara standar (1,225 kg/m3)

Tekanan udara standar (101,3 Kpa)

Temperatur udara standar (288 K)

Maka unuk mencari massa jenis fluida di gunakan persamaan 2.2 :

𝜌𝑢 =𝜌𝑠𝑡𝑑 . 𝑇𝑠𝑡𝑑 . 𝑃

𝑇𝑟. 𝑃𝑠𝑡𝑑

Maka :

𝜌𝑢 =1,225𝑘𝑔

𝑚3 .228𝑘.100,9𝐾𝑝𝑎

303𝐾.101,3𝐾𝑝𝑎

= 1,1635 kg/m3

Kecepatan aliran dalam pengambilan data eksperimen dapat di cari

menggunakan persamaan 2.4 yaitu :

Re = 𝜌𝐷𝑣

𝜇

Dengan Reynolds yang di tentukan yaitu untuk d/D 5% dan 12,5%

digunakan bilangan Re = 22.000, 28.000 dan 34.000 sedangkan untuk d/D 20%,

27,5% dan 35% digunakan bilangan Re = 90.000, 130.000 dan 170.000.

Viscositas absolut (𝜇) = 1,86 x 10-5 kg/m.s

Koefisien Tekanan pada dinding wind tunnel di dapat dengan persamaan

2.5 yaitu : 𝐶𝑝 =𝑃𝑐−𝑃∞1

2.𝜌.𝑈∞2

24

5.2 Pembahasan

5.2.1 Grafik hubungan antara Uym/U0 terhadap y/h

Blockage efek yang terjadi pada dinding wind tunnel dapat di

presentasikan dengan grafik hubungan antara Uym/U0 terhadap y/h. Dalam hal ini

Uym/U0 adalah perbandingan antara kecepatan di celah model uji dengan wind

tunnel dan kecepatan upstream. Sedangkan y/h adalah perbandingan koordinat

pengukuran dengan setengah dari tinggi wind tunnel. Dapat di lihat pada grafik

4.1 hubungan antara Uym/U0 terhadap y/h untuk blockage ratio 5% dan 12,5%

pada Re = 22.000. Mula – mula seiring dengan naiknya nilai y/h terjadi penurunan

nilai Uym/U0 hingga koordinat y/h = 0,38 pada blockage ratio 5%. Seharusnya

sesaat setelah koordinat y/h = 0,05 akan terjadi kenaikan nilai Uym/U0 sebagai efek

dari boundary layer pada permukaan balok, tapi pada penelitian ini tidak di temui

untuk blockage ratio 5%, kemungkinan karena terlalu tipisnya boundary layer

tersebut sehingga tidak terukur oleh pitot static. Hal yang sama juga terjadi pada

blockage ratio 12.5% tidak di temukannya boundary layer di dekat permukaan

balok.

Blockage ratio 5% distribusi nilai Uym/U0 mencapai angka 1 pada titik

koordinat y/h = 0.40 sedangkan untuk blockage ratio 12.5% distribusi nilai

Uym/U0 sedangkan blockage ratio 12,5% distribusi nilai Uym/U0 mencapai angka 1

pada koordinat y/h = 0,48. Peristiwa ini menunjukkan semakin besar blockage

ratio balok, maka semakin jauh balok tersebut mendefleksikan streamline,

terbukti dengan makin jauhnya jarak yang di butuhkan untuk mencapai angka 1

yaitu kecepatan yang sama dengan upstream.

Dapat di lihat pada grafik 4.1 blockage ratio 5% dan 12,5% setelah

distibusi nilai Uym/U0 mencapai angka 1, kemudian mengecil hingga koordinat

mendekati dinding y/h = 1. Pengecilan distibusi nilai Uym/U0 ini menunjukan

didaerah ini terjadi peristiwa boundry layer di dinding wind tunnel. Boundary

layer di dinding pada blockage ratio 5% di capai pada koordinat y/h = 0.95

sedangkan blockage ratio 12,5% di capai pada koordiat y/h = 0.93.

Gambar 4.2 adalah grafik hubungan antara Uym/U0 terhadap y/h untuk Re =

28.000, dapat di lihat untuk blockage ratio 5% distribusi nilai Uym/U0 menurun

hingga koordinat y/h = 0.40 kemudian konstan pada nilai Uym/U0 = 1 hingga titik

koordinat y/h = 0,9, titik ini merupakan awal terjadinya boundary layer di daerah

25

dinding test section. Untuk blockage ratio 12,5% distribusi nilai Uym/U0 menurun

hingga koordint y/h = 0.45 kemudian konstan di angka 1 sampai koordinat y/h =

0.98 setelah itu menemui daerah boundary layer di dinding pada koordinat y/h =

0.48 hingga koordinat y/h = 1.

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara Uym/U0 dengan y/h untuk blockage ratio 5%

dan 12,5% pada Re = 22.000


dan 12,5% pada Re = 28.000

26


dan 12,5% pada Re = 34.000

Dapat di lihat pada gambar 4.3 distribusi nilai Uym/U0 blockage ratio 5%

dan 12,5% untuk Re = 34.000. Nilai Uym/U0 maksimum untuk d/D = 5% di capai

ketika y/h = 0.05, kemudian menurun sampai titik koordinat y/h = 0.32. Setelah itu

nilai Uym/U0 konstan di angka 1 hingga koordinat y/h = 0.90 dan pada koordinat

ini adalah awal dari daerah boundary layer di dinding test section. Untuk blockage

ratio 12,5% nilai Uym/U0 maksimum di capai pada koordiat y/h = 0.13, kemudian

turun sampai titik koordinat y/h = 0,45. Setelah itu nilai Uym/U0 konstan di angka 1

hingga kooerdinat y/h = 0.93 dan setelah koordinat ini adalah awal dari daerah

boundary layer di dindig test section. Karena keterbatasan alat ukur pada

blockage ratio 5% dan 12,5% untuk Re = 22.000, 28.000, dan 34.000 tidak di

temui adanya boundary layer di dekat permukaan balok.

Pada gambar 4.1 hingga 4.3 terlihat bahwa distribusi nilai Uym/U0 sebelum

mencapai boundary layer daerah dinding berharga 1 (satu). Ini mempresentasikan

bahwa distribusi kecepatan di antara celah balok dengan dinding wind tunnel

sama dengan kecepatan upstream, hal ini menunjukkan belum terjadinya blockage

effek pada d/D = 5% dan 12,5%.

Untuk mempermudah pembacaan grafik pada gambar 4.1 sampai 4.3,

maka di buat check poin pada tabel 4.1 di bawah ini :

27

Tabel 4.1 check point dari gambar 4.1 sampai 4.3

No Re Blockage

ratio

Daerah

boundar

y layer

dekat

balok

Daerah

penyempitn

streamtube/

streamline

lengkung

(y/h)

Daerah nilai

Uym/U0 = 1

(y/h)

Daerah

boundary

layer

dekat

dinding

(y/h)

.1

22.000

5% --- 0,05 s/d

0,38

0,40 s/d

0,93

0,95 s/d

1.0

2 12,5% --- 0,13 s/d

0,45

0,48 s/d

0,93

0,95 s/d

1,0

3

28.000

5% --- 0.05 s/d

0,40

0.43 s/d

0,93

0,95 s/d

1,0

4 12,5% --- 0,13 s/d

0,48

0,50 s/d

0,95

0,98 s/d

1,0

5

34.000

5% --- 0,05 s/d

0,23

0,25 s/d

0,90

0,93 s/d

1,0

6 12,5% --- 0,13 s/d

0,45

0,48 s/d

0,93

0,95 s/d

1,0

Gambar 4.4 Grafik hubungan antara Uym/U0 dengan y/h untuk blockage ratio

20%, 27,5% dan 35% pada Re = 90.000

Pada gambar 4.4 menjelaskan grafik hubungan antara Uym/U0 dengan y/h

pada Re = 90.000 untuk blockage ratio 20%, 27,5% dan 35%. Dapat di lihat pada

grafik 4.4 untuk blockage ratio 20% distribusi nilai Uym/U0 maksimum di capai

pada koordinat y/h = 0,20 kemudian terus terjadi penurunan distribusi nilai Uym/U0

seiring dengan bertambahnya koordinat nilai y/h. Seharusnya sesaat setelah

28

koordinat nilai y/h = 0.20 akan terjadi kenaikan distribusi nilai Uym/U0 sebagai

efeck dari boundary layer di permukaan balok, tapi pada penelitian ini tidak di

temui pada blockage ratio 20%, kemungkinan karena keterbatasan alat ukur dan

terlalu tipisnya boundary layer tersebut. Penurunan distribusi nilai Uym/U0 pd

blockage ratio 20% memiliki angka Uym/U0 > 1 hal ini menunjukan bahwa

kecepatan di celah antar balok dan dinding wind tunnel lebih tinggi di banding

dengan kecepatan upstream. Daerah boundary layer pada dinding di capai pada

koordinat y/h = 0.93 hingga y/h = 1.

Untuk blockage ratio 27.5% nilai Uym/U0 maksimum di capai pada

koordinat y/h = 0,28 kemudian terus menurun seiring dengan naiknya nilai

koordinat y/h. Kenaikan distribusi nilai Uym/U0 memiliki angka Uym/U0 > 1 yang

menunjukan bahwa daerah ini terjadi penyempitan streamtube di tandai dengan

lebih besarnya kecepatan di celah antar balok dan dinding wind tunnel di banding

dengan kecepatan upstream. Daerah boundary layer di dinding wind tunnel di

capai pada nilai koordinat y/h = 0.98 hingga y/h = 1.

Pada blockage ratio 35% terlihat pada grafik nilai Uym/U0 maksimum di

capai pada nilai koordinat y/h = 0,35 kemudian terus menurun seiring dengan

bertambahnya nilai koordinat y/h. Kenaikan distribusi nilai Uym/U0 memiliki

angka Uym/U0 > 1 yang menunjukan bahwa daerah ini terjadi penyempitan

streamtube di tandai dengan lebih besarnya kecepatan di celah antara balok dan

dinding wind tunnel di banding dengan kecepatan upstream. Daerah boundary

layer di dinding wind tunnel di capai pada nilai koordinat y/h = 0.98 hingga y/h =1

Dalam penelitian ini blockage ratio 20%, 27,5% dan 35% tidak di temui

adanya boundary layer di dekat daerah permukaan balok, kemungkinan karena

terlalu tipisnya daerah boundary layer tersebut dan juga keterbatasan alat ukur.

Hal yang terjadi pada gambar 4.5 dan 4.6 grafik hubungan Uym/U0 terhadap

y/h untuk blockage ratio 20%, 27,5% dan 35% pada Re = 130.000 dan 170.000

memiliki kemiripan dengan fenomena pada gambar 4.4. Perbedaannya terdapat

pada daerah streamtube dan daerah boundary layer yang terjadi di dinding wind

tunnel. Untuk mempermudah pembacaan grafik pada gambar 4.4 sampai 4.6 maka

di buat tabel check poin 4.2.

29


20%, 27,5% dan 35% pada Re = 130.000


20%, 27,5% dan 35% pada Re = 170.000

Peristiwa yang terjadi pada gambar 4.4, 4.5 dan 4.6 untuk blockage ratio 20%,

27,5% dan 30% pada Re = 90.000, 130.000 dan 170.000 mempresentasikan

bahwa nilai Uym/U0 yang berada sebelum terjadinya boundary layer di dinding

wind tunnel diatas angka 1. Ini menunjukkan terjadinya pengecilan streamtube di

30

daerah tersebut yang di buktikan dengan lebih besarnya kecepatan di celah antar

balok dengan dinding wind tunnel di banding kecepatan upstream. Peristiwa ini

mmerupakan indikasi bahwa pada blockage ratio 20%, 27,5% dan 30% sudah

terjadi blockage effeck.

Tabel 4.1 check point dari gambar 4.4 sampai 4.6

No Re Blockage

ratio

Daerah

boundar

y layer

dekat

balok

Daerah

penyempitn

streamtube/

streamline

lengkung

(y/h)

Daerah nilai

Uym/U0 = 1

(y/h)

Daerah

boundary

layer

dekat

dinding

(y/h)

.1

22.000

20% --- 0,20 s/d

0,90

--- 0,93 s/d

1.0

2 27.5% 0,28 s/d

0,90

--- 0,93 s/d

1.0

3 30% --- 0,35 s/d

0,95

--- 0,98 s/d

1,0

4

28.000

20% --- 0.20 s/d

0,88

--- 0,90 s/d

1,0

5 27.5% 0.28 s/d

0,93

--- 0,95 s/d

1.0

6 30% --- 0,35 s/d

0,93

--- 0,95 s/d

1,0

7

34.000

20% --- 0,20 s/d

0,93

--- 0,95 s/d

1,0

8 27.5% 0,28 s/d

0,90

--- 0,93 s/d

1.0

9 30% --- 0,35 s/d

0,93

--- 0,95 s/d

1,0

5.2.2 Koefisien Tekanan (Cpw) pada Dinding Wind Tunnel

Grafik koefisien tekanan pada dinding wind tunnel di bahas dengan

menggunakan grafik hubungan antara Cpw Vs x/D. Dalam hal ini x adalah

koordinat pengukuran pada dinding dan D adalah panjang dari dinding wind

tunnel. Pengambilan data koefisien tekanan pada dinding di lakukan pada masing

– masing spesimen dengan enam variasi bilangan Reynolds.

Dapat di lihat pada gambar 4.1 koefisien tekanan pada d/D= 5% tidak

terjadi penurunan yang siknifikan. Untuk d/D 12% di awali dengan penurunan

31

koefisien tekanan yang landai namun pada x/D= -0,18 koefisien tekanan konstan

kearah downstream.

Gambar 4.7 grafik hubungan Cpw vs x/D untuk balok d/D = 5% dan d/D = 12 %

pada Re = 22.000

Peristiwa pada gambar 4.1 juga terjadi untuk Re = 28000. Gambar 4.2

menunjukan d/D = 5% terjadi penurunan koefisien tekanan yang landai. Pada

d/D= 12.5 % memiliki kepiripan dengan Re = 22.000, koefisien tekanan

mengalami penurunan yang tidak signifikan kemudian pada x/D = 0.03 koefisien

tekanan konstan kearah downstream.

Gambar 4.8 grafik hubungan Cpw vs x/D untuk balok d/D = 5% dan d/D = 12 %

pada Re = 28.000

Pada pengujian menggunakan bilangan Reynold 34.000 fenomena yang

terjadi hampir sama dengan gambar 4.1 dan 4.2. Dapat di lihat pada gambar 4.3

koefisien tekanan d/D = 5% mengalami penurunan yang landai dan relatif

konstan. Untuk d/D= 21% juga mengalami penurunan yang landai hingga pada

titik x/D= 0 koefisien tekanan konstan menuju downstream. Sebagai perbandingan

32

penelitian juga di lakukan dengan tanpa spesimen, terlihat pada gambar 4.3

koefisien tekanan tanpa spesimen mengalami fenomena yang sama dengan

d/D=5% dan d/D= 12.5%. Koefisien tekanan yang relatif lurus ini

mempresentasikan bahwa belum adanya penyempitan aliran udara terhadap

dinding wind tunnel.

Gambar 4.9 grafik hubungan Cpw vs x/D untuk balok d/D= 5% dan d/D= 12,5%

pada Re = 34.000

Gambar 4.10 grafik hubungan Cpw vs x/D untuk balok d/D = 20%, d/D= 27.5%

dan d/D = 35% pada Re = 90.000

Gambar 4.4 adalah grafik hubungan Cpw vs x/D untuk Re = 90.000.

Terlihat koefisien tekanan d/D= 20%, d/D = 27.5% dan d/D = 35 %. mengalami

penurunan hingga titik maksimum di x/D= -0,28 kemudian naik hingga daerah

downstream. Titik maksimum koefisien tekanan terendah adalah pada d/D = 35%.

Dari hasil grafik dapat di presentasikan bahwa garis streamline telah mendekati

dinding wind tunnel, hal ini menyebabkan tekanan pada dinding menurun dan

kecepatan di dekat dinding meningkat.

33

Gambar 4.5 adalah grafik hubungan Cpw vs x/D untuk Re = 130.000.

Dapat di lihat pada gambar 4.5 koefisien tekanan d/D=20%, d/D=27.5%

mengalami penurunan hingga x/D= -0,28 dan d/D= 35% mengalami penurunan

hingga x/D = -0,30 kemudian streamline kembali naik hingga daerah downstream.

Peristiwa ini menunjukan pada daerah ini streamline aliran udara telah mendekati

dinding yang menyebabkan tekanan menjadi rendah. Kemudian streamline

kembali naik hingga daerah downstream. Dari grafik tersebut d/D =35% memiliki

koefisien tekanan minimum paling rendah di banding d/D = 20% dan d/D = 27%.


dan d/D = 35% pada Re = 130.000


dan d/D = 35% pada Re = 170.000

Pada gambar 4.6 grafik koefisien tekanan di daerah dinding dengan Re =

170.000. Dapat di lihat pada gambar 4.6 koefisien tekanan d/D=20%, d/D=27.5%

34

dan d/D = 35% mengalami penurunan hingga x/D= -0,28 kemudian streamline

kembali naik hingga daerah downstream. Hal ini menunjukan di daerah ini

streamline aliran udara telah mendekati dinding dan menyebabkan tekanan

menjadi rendah. Koefisien tekanan minimum paling rendah terjadi pada

d/D=35%.

Gambar 4.7 sampai 4.12 mendeskripsikan bahwa semakin besar blockage

ratio yang di letakkan dalam wind tunnel maka streamline akan semakin sempit

dan menyebabkan tekanan di dinding wind tunnel menurundan kecepatan

meningkat. Seperti yang di tunjukkan pada grafik hubungan Cpw vs x/D untuk

balok d/D = 20%, d/D= 27.5% dan d/D = 35% pada Re = 170.000. Mula – mula

nilai distribusi tekanan hampir sama kemudian seiring membesar nilai x/D maka

perbedaan distribusi tekanan semakin terlihat, nilai distribusi tekanan pada

blockage ratio 35% penurunannya lebih drastis di banding blokage rasio 27,5%

dan 20%. Hal ini membuktikan dengan semakin besar blockage ratio nilai

distribusi koefisien tekanan akan semakin menurun dengan drastis mengikuti pola

ukuran balok tersebut.

35

6 BAB V

PENUTUP

6.1 Kesimpulan

Dari penilitian yang telah di lakukan dapat di simpulkan bahwa :

1. Blokage effeck belum di temukan pada nilai blokage ratio kurang dari

12,5%. Hal ini di buktikan dengan distribusi Uym/U0 sebelum mendekati

boundary layer dinding sebagian besar bernilai 1 (satu), yang menunjukan

kecepatan antar celah dan dinding sama dengan kecepatan upstream. Hal

ini mempresentasikan bahwa belum ada penyempitan streamtube dan

belum ada interaksi aliran fluida terhadap dinding wind tunnel.

2. Blockage rasio di atas 20% telah di temukan blockage effek dengan di

tunjukkan distribusi Uym/U0 sebelum mendekati boundary layer dinding

bernilai Uym/U0 > 1. Hal ini menunjukan telah ada percepatan di celah

antara model uji dan dinding wind tunnel, streamtube mengalami

penyempitan dan terjadi interaksi aliran fluida terhadap dinding wind

tunnel.

3. Semakin besar blockage ratio nilai distribusi koefisien tekanan akan

semakin menurun dengan drastis mengikuti pola ukuran balok tersebut.

6.2 Saran

1. Penelitian selanjutnya di sarankan untuk melakukan penelitian dengan

blockage ratio antara 12,5% dan 20% untuk menemukan nilai blockage

ratio kritis yang paling tepat.

2. Lakukan visualisasi untuk memperjelas fenomena – fenomena yang

terjadi pada saat aliran fluida melintasi balok.

3. Lakukan pengambilan data tekanan di permukaan balok untuk mengtahui

fenomena yang terjadi di sekitar permukaan balok.

36

7 Daftar Pustaka

[1] Helmizar 2008. “Studi Eksperimental Tentang Efek Blockage Ratio

Terhadap Karakteristik Aliran Fluida Melintasi Silinder”. Laporan tugas

akhir, jurusan teknik mesin FTI-ITS, surabaya

[2] Agung 2008. “Studi Eksperimental Tentang karakteristik aliran fluida

yang melintasi objek silinder teriris dan balok”. Laporan tugas akhir,

jurusan teknik mesin FT-UNIB. Bengkulu

[3] Munson-Bruce R, young-Donald F and Okiishi-Theodore H, 1994.

“Fundamental of Fluid Mechanics”, 4th edition, 1.6 viscosity, p.18

[4] Fox, W. Robert, and Mc Donald, Alan T, 1998. “Introductions to Fluid

Mechanics”, 5th edition, Jhon Wiley and Sons, Inc., Canada

[5] Imam permadi, agung 2015. “Karakteristik Aliran Udara Melintasi

Balok Pada Bilangan Reynold 4000, 4800, Dan 5400 Dengan

Visualisasi Menggunakan Uap Ethylene Glycol”. Laporan Tugas Akhir,

Jurusan Teknik Mesin FT-UNIB, Bengkulu

[6] Tohir, Ahmad., Yuwono,Triyogi & Purwanto., 2016, “Studi Numerik

Karakteristik Aliran Sekitar An I-Type Cylinder 53o Dekat Dinding “,

Journal Teknik Mesin, Vol. 11, No. 2.

[7] Choi J.-H. & Lee S.-J. 2000. “Ground Effect Of Flow Around An

Elliptic Cylinder In A Turbulent Boundary Layer”. Journal of Fluids

and Structures: 697-709.

[8] Sudarianto Vendik, 2006. ”Studi Eksperimental Karakteristik Aliran

Fluida Melintasi Silinder Sirkular Yang Diganggu Oleh Silinder Teriris

Tipe – I”. Laporan Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS,

Surabaya.

37

Lampiran 1

40

Lampiran 2

41

Spesimen balok Presure tab

Mano meter

Test section

pipa pitot

42

Lampiran 3

AGUS EKO SETIAWAN G1C011006 PROGRAM STUDI TEKNIK …repository.unib.ac.id/17483/2/TEKNIK.pdf · “...

Documents

Transcript of AGUS EKO SETIAWAN G1C011006 PROGRAM STUDI TEKNIK …repository.unib.ac.id/17483/2/TEKNIK.pdf · “...